Замена одного компонента, по данным ТГА, не оказывает существенного влияния на термостой­кость сополимера. Образцы имеют анало­гичные начальные температуры термолиза: промышленный - 230°С, содержащий 1,3 и 2,6% АК - также 230°С, 5,2% АК - 235°С. После завершения основных стадий термолиза (500°С) выход карбонизованного остатка (КО) составляет у про­мышленного образца 71% (масс), у образца, содер­жащего 2,6 % АК - 72%. Однако увеличение количества АК до 5,2 % приводит к снижению выхо­да КО до 66%. Замена ИК на АК значительно уменьшает экзотермические эффекты процесса циклизации, что может положительно проявиться при переработке нитей из такого сополимера в угле­родные.

Состав сополимера анализировали методом ИК-спектроскопии. Сравнительный анализ ИК-спектров показал совпадение полос поглощения всех валентных колебаний при длине волн от 800 до 3200 см-1. Однако отмечена большая интенсивность полос поглощения валентных колебаний групп СООН при 3640 см-1 у волокон, содержащих 1,3% АК, по сравнению с про­мышленным образцом. Увеличение содержания АК в 2 и 4 раза практически не влияет на интенсивность частоты колебаний групп СООН. Следовательно, из­менения в спектрах поглощения связаны с химической природой АК.

Зависимость интенсивности окраски пленок катионными красителями от состава сополимера изучали путем определения коэффициента отражения в види­мой части спектра. Установлено, что при замене 1,3% ИК на такое же количество АК интенсивность окрас­ки возрастает во всей области спектра. С увеличени­ем содержания АК интенсивность окраски в еще большей степени усиливается, что может позволить сократить расход дорогостоящих красителей. Следо­вательно, без изменения технологических парамет­ров процесса, только замена ИК на АК в составе сополимера и изменение соотношения компонентов в сополимере в производстве ПАН волокон позволит:

- применить более доступный и недефицитный отечественный компонент сополимера;

- увеличите выход сополимера на 3,1 % без ухуд­шения физико-механических и физико-химических свойств волокон;

- придать волокнам большую активность при окрашивании катионными красителями.

Авторами [8-10] с целью улучшения качества и расширения ассортимента полиакрилонитрильных (ПАН) волокон, а так­же замены итаконовой кислоты (ИК) при получении во­локна нитрон предлагаются волокна на ос­нове тройного сополимеров акрилонитрила (АН) с метилакрилатом (МА) и N-винилкапролактамом (ВКЛ).

Синтез и формование волокон проводили по тех­нологическому режиму, принятому для волокна нитрон. Волокна формовали на малой лабораторной прядиль­ной установке из 13%-ных прядильных растворов сопо­лимеров в роданиде натрия.

Установлено, что при увеличении содержания ВКЛ до 8% (масс.) прочность волокон при растяжении повышается, тогда как усадка и удлинение при разрыве уменьшают­ся. Увеличение суммарного содержания вторых компо­нентов (МА и ВКЛ) до 20% не приводит к существенному изменению свойств волокон по сравнению с 10%-ным их содержанием. Этот факт, вероятно, объясняется осо­бенностями структуры волокон.

На физико-механические показатели волокон влия­ет не только состав сополимеров, но и степень пластификационной вытяжки. С ее увеличением заметно воз­растают усадка и прочность, снижаются линейная плот­ность и удлинение волокон.

При рассмотрении основных физических свойств химических волокон необходимо, прежде всего, оцени­вать их надмолекулярную структуру, которая во многом определяет эти свойства. Судя по поперечным срезам волокон на основе тройных сополимеров АН с МА и ВКЛ, все образцы имеют овальное поперечное сечение. С увеличением степени пластификационной вытяжки форма поперечного среза несколько изменяется, в целом оставаясь бобовидной. Степень однородности волокон между собой и вдоль оси по размерам, наличию дефек­тов, способности к свечению в поляризованном свете, набуханию в муравьиной кислоте значительно различа­ется в зависимости от состава сополимера и степени пластификационной вытяжки. Самым тонким, наиболее однородным, бездефектным и более ориентированным (по способности к двойному лучепреломлению) оказа­лось волокно, полученное из сополимера с высоким со­держанием ВКЛ (АН:МА:ВКЛ= 90.21:2.05:7.85). Волок­но же, содержащее 1,8% ВКЛ и 8,41% МА - наиболее дефектное, с округлым поперечным сечением и неодно­родным свечением в поляризованном свете.

Оценивая не­которые структурные характеристики волокон по дифрактограммам, установили, что структура волокон замет­но изменяется при варьировании состава сополимера. Так, с увеличением содержания ВКЛ (при пластификационной вытяжке 225%) степень кристалличности воз­растает от 64 до 87% при степени ориентации 11-23, что свидетельствует о более высокой способности к ориен­тации волокон, сформованных в данных условиях.

Сравнение результатов сорбции волокон, получен­ных из сополимеров АН:МА:ВКЛ одинакового состава, показывает, что увеличение пластификационной вытяж­ки от 225 до 340% приводит к уменьшению сорбции па­ров воды. Изменение степени пластификацион­ной вытяжки волокон влияет и на удельную поверхность и объем пор; значения этих параметров возрастают с уменьшением пластификационной вытяжки. Удельная поверхность и объем пор с увеличением содержания ВКЛ в сополимере уменьшаются.

Химическое строение нового сополимера предоп­ределяет сродство красителя к волокну, поскольку функ­циональные группы элементарных звеньев, концевые и боковые группы макромолекул являются активными цен­трами, на которых происходит физическая или химичес­кая сорбция красителя. Наиболее богаты активными группами или центрами сополимерные ПАН волокна с высоким содержанием ВКЛ, в результате чего им прису­ще повышенное сродство к дисперсным красителям. Значительное влияние на адсорбцию красителей ПАН волокном оказывает нарушение его структуры в процессе создания сополимеров АН. Активные группы мономеров, вводимые для сополимеризации, способны образовывать дополнительные связи с молекулами дисперсных красителей. Так, сомономер ВКЛ (вернее, его функциональные группы) обладает высокими адсорбци­онными и комплексообразующими способностями и поэтому высоким сродством к дисперсному красителю. Положительные полюса диполей дисперсных красите­лей могут притягиваться к отрицательным зарядам ато­мов кислорода карбоксильных групп лактамных циклов ВКЛ, которые также способны образовывать водород­ные связи с атомами водорода дисперсных красителей.

Для изучения накрашиваемости и способности сорбировать краситель, в частности дисперсный красно-фиолетовый, использовали волокна на основе сополи­мера АН:МА:ВКЛ с соотношением компонентов 90:2:8, 90:5:5 и 90:8:2, сформованные в идентичных условиях по роданидному способу с пятикратной пластификаци­онной вытяжкой. Крашение проводили при температу­ре, близкой к температуре кипения воды (373 К), в присутствии поверхностно-активного вещества ОП-10.

Процесс сорбции красителя волокнами из водных растворов ОП-10 протекает сравнительно недолго. В те­чение 90 мин достигается видимое равновесие. В выб­ранном режиме кинетика крашения, скорость сорбции и равновесное содержание красителя в волокне суще­ственно зависят от содержания ВКЛ в сополимере. С увеличением содержания ВКЛ до 8% в сополимере равновесное сорбированное содержание краси­теля в волокне (С = 22 г/кг волокна), ярко-окрашенном в выбранном режиме крашения, существенно выше, чем в волокне на основе сополимера с 2%-ным содержани­ем ВКЛ (14 г/кг) и волокне нитрон (3,9 г/кг). Таким образом, увеличение количества виниллактамных групп в сополимере позволяет получить акриловые волокна, спо­собные окрашиваться в яркие цвета дисперсными кра­сителями.